Detektion mit Metal-Organic-Framework-funktionalisierten Transistoren niedriger Dimensionalität

• Antragsteller: Professor Dr. Ralph Krupke
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576330920

Die Gasdetektion mithilfe nanomaterialbasierter Sensoren hat sich als äußerst vielversprechend erwiesen und ermöglicht höhere Empfindlichkeit, schnellere Reaktionszeiten, einen geringeren Stromverbrauch und Kosteneffizienz. Es bestehen jedoch weiterhin Herausforderungen, insbesondere bei der Erzielung von Selektivität und der Abschwächung von Störungen durch Umgebungsmoleküle wie Feuchtigkeit. Unsere jüngste Arbeit führte eine neuartige Sensorplattform ein, die metallorganische Gerüststrukturen (MOFs) mit Graphen-Feldeffekttransistoren (GFETs) koppelt und eine bemerkenswerte Selektivität bei der Ethanoldetektion aufweist. Dennoch bleiben das Verständnis des Sensormechanismus und die Optimierung der Sensorleistung für eine breitere Anwendung von entscheidender Bedeutung. Dieser Fördervorschlag beschreibt einen umfassenden Forschungsplan, der fünf Arbeitspakete (WPs) umfasst. WP1 zielt darauf ab, den Ethanol-Sensormechanismus durch In-situ-Spektroskopie aufzuklären, während in WP2 eine zusätzliche nanomechanische Auslesemöglichkeit zur selektiven Detektion von Molekülen geschaffen werden soll. In WP3 sollen die Reaktionszeiten der Sensoren mit integrierten nanoskaligen Heizgeräten verbessert werden, und in WP4 ist das Ziel eine vollständige und dauerhafte Feuchtigkeitsunempfindlichkeit durch superhydrophobe Beschichtungen zu erreichen. Schließlich soll in WP5 die Wasserstoffdetektion unter realen Bedingungen und niedriger Leistungsaufnahem mittels Integration hydrophober MOFs mit chiralitätsselektiven Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoren (CNTFETs) möglich werden. Dieses Forschunsgvorhaben soll zur Aufklärung der molekularen Sensormechnismen beitragen und FET/MOF-Sensoren für verschiedene Gasdetektionsanwendungen unter Umgebungsbedingungen weiterzuentwickeln und dadurch den Weg in Anwendungen ebnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen